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[摘要]换气重叠角在不同类型的柴油机上的地点位置、环境条件上的差异，给出不同的换气概念和机理。
[关键词]二冲程 四冲程 换气重叠角
[中图分类号]TK421.3 [文章标识码]A [文章编号]1009-9446（2013）1-2-0016-02
柴油机的燃料是在柴油机气缸内部与空气混合、同时进行压缩，爆炸、膨胀，将作功后的废气从气缸内排出，再从外部吸入新鲜空气进入气缸，进入下一个工作循环。鲁道夫·迪塞尔发明柴油机以来，经过一百多年的演变，柴油机的工作循环过程一直沿续着，没有改变。但是柴油机分为四冲程柴油机和二冲程柴油机两大分支，其换气过程各有自己的特色。
在柴油机的探索讨论中，对“二冲程柴油机和四冲程柴油机都具有换气重叠角”的换气过程进行剖析、对比，弄清楚不同柴油机的换气机理，达到正确认识柴油机的换气重叠角。
柴油机的一个工作循环中，压缩、爆炸、膨胀过程是在柴油机内部全封闭的状态下进行的，二冲程柴油机和四冲程柴油机的工作环境和工作条件完全相同。而柴油机的进气和排气过程是柴油机的内部与外界进行交换的过程，不同类型的柴油机对换气的过程不同。二冲程柴油机的换气过程都是在气缸的下部，通过气口的打开和关闭进行的，或者是通过气缸的下部气口的开、闭和气缸上部的气阀开、关配合进行的；而四冲程柴油机的换气过程都是在气缸的上部，通过气阀的打开和关闭进行的。地点和环境不同，引出了不同的换气概念和机理。
一、二冲程柴油机的换气分为气口结构和气口、气阀结构两种形式
在气口结构形式中：活塞膨胀作功下行通过排气口，排气开始，此时气缸内的废气压力较高。废气会自动从排气口排出；活塞继续下行通过扫气口，扫气开始，扫气箱里具有一定压力的新鲜空气进入气缸，废气仍在排出；活塞下行到下止点，再上行，活塞通过扫气口，扫气口关闭，新鲜空气停止进入气缸内；活塞再上行，活塞通过排气口，排气关闭，气缸不再向外排气。二冲程柴油机的排气和扫气过程结束，这个过程是以下止点为参照点的，如图1所示。
在气口、气阀结构形式中：活塞膨胀作功下行到曲柄某一转角时，气缸上部的排气阀打开，具有一定压力的废气，自动从排气阀排出。活塞继续下行通过扫气口，扫气开始，扫气箱里具有压力的新鲜空气进入气缸，同时新鲜空气向上将废气挤出；活塞通过下止点，活塞向上行，再经过扫气口，扫气过程结束，扫气箱里具有压力的新鲜空气就无法再进入气缸。如图2所示。
在图2里，扫气过程以下止点为参照点，气缸下部的扫气开启与扫气关闭对称于下止点，但气缸上部的排气阀，由传动机构控制，因此气缸下部的扫气口与气缸上部的排气阀在关闭时间上会存在三种状态。在图2里反映了三种状态：（a）图所示：排气阀关闭时间早于扫气口关闭时间为过后充气阶段，使气缸内能进入更多有新鲜空气。（b）如图所示：排气阀关闭时间与扫气口关闭时间在同上时刻为换气过程最早结束，进入压缩过程。（c）图所示：排气阀关闭时间晚于扫气口关闭时间为过后排气，使气缸内的新鲜空气也会排出，所以要求过后排气阶段越短越好。
从图1中能看出，二冲程柴油机的换气过程均与下止点有关：气口式结构的排气、扫气过程均对称下止点；从图2中能看出，扫气过程仍对称下止点，但排气过程出现的三种不同形式反映出：有不对称下止点的过后充气阶段、最先进入压缩阶段和过后排气阶段的三种不同状态。
二冲程柴油机的换气质量优劣取决于以下三个方面的因素：
1、扫排气重叠角的大小。2、气口开启延续的时间。3、气口的流通面积的大小。
从图1里引进了“时面值”这个概念，时面值定义是：扫气曲线与横坐标之间围成的面积。“时面值”越大，气口对气体的流阻小，有利于扫排气的进行；
从图2里引进了“角面值”这个概念，角面值定义是：流通面积f与时间t所围成的面积。
“角面值”是不随柴油机的转速变化的，而“时面值”会随柴油机的转速相应变化的。
二、四冲程柴油机的换气是气阀结构形式
四冲程柴油机的换气是在气缸的上部进行的，进气阀开启是在上止点前、进气阀关闭是在下止点后；而排气阀是在下止点前开启，排气阀是在上止点后关闭。如图3如示。
1-2是进气过程、5-6是排气过程、ф1—进气提前角、ф2—进气滞后角、ф3-排气提前角、ф4—排气滞后角、ф1+ф4=气阀重叠角。
柴油机上止点附近，排气阀关闭前、进气阀开始后，在这个阶段的曲柄转角里，排气、进气同时存在。这个现象的特点是：进气气道、燃烧室、排气气道同时贯通，形成一个气流的大通道。在这个大通道的环境下，新鲜空气进入得更快，废气排出更惕，能较好地冷却燃烧室的受热元件。就是因为有这多的利好，所以对这个大通道的存在起了个名称，叫“四冲程柴油机气阀重叠角”，定义为：在上止点附近一段曲柄转角内，排气阀和进气阀同时打开的角度。
四冲程柴油机的换气质量优劣取决于以下二个指标：
1、残余废气系数。2、充气系数。
残余废气系数定义是：换气结束后留在气缸内的残余废气量与换气结束后留在气缸内的新鲜空气量之比值。残余废气系数越小，说明燃烧室扫气过程越彻底，废气清除得越干净。在技术方面采用改善气道形状，加大进、排气阀重叠角等方法。
充气系数定义是：换气结束后留在气缸内的新鲜空气量与进气口环境条件下充满气缸工作容积的理论新鲜空气量之比值。大多情况下换气结束后留在气缸内的新鲜空气量小于进气口环境条件下充满气缸工作容积的理论新鲜空气量，因而充气系数小于1。
四冲程柴油机的充气系数大于二冲程柴油机；四冲程柴油机中增压柴油机的充气系数大于非增压柴油机；二冲程柴油机的直流扫气充气系数最大。
三、对重叠角的认识
1、二冲程柴油机的换气重叠角称为扫、排气重叠角。这个角的工作过程发生在气缸下部、是以下止点为参照点展开研究和讨论气口或气口与气阀的变化情况的；重点认识“时面值”和“角面值”。
2、四冲程柴油机的换气重叠角称为进、排气重叠角，并且定义为“气阀重叠角”。这个角的工作过程发生在气缸上部、以上止点为参照点展开研究和讨论气阀的变化情况的。重点认识“残余废气系数”和“充气系数”。
3、对比
二冲程柴油机虽然扫气口和排气口同时开启，曲柄的转角是在下止点附近，并且有气口式或气口气阀式两种不同情况，所以没有换气重叠角的定义。
四冲程柴油机的换气重叠角，指定曲柄转角是在上止点附近，使换气过程起到很好的作用，所以四冲程柴油机的换气重叠角给出了气阀重叠角的定义。因此，柴油机换气过程的气阀重叠角是专指四冲程柴油机的。
[关键词]二冲程 四冲程 换气重叠角
[中图分类号]TK421.3 [文章标识码]A [文章编号]1009-9446（2013）1-2-0016-02
柴油机的燃料是在柴油机气缸内部与空气混合、同时进行压缩，爆炸、膨胀，将作功后的废气从气缸内排出，再从外部吸入新鲜空气进入气缸，进入下一个工作循环。鲁道夫·迪塞尔发明柴油机以来，经过一百多年的演变，柴油机的工作循环过程一直沿续着，没有改变。但是柴油机分为四冲程柴油机和二冲程柴油机两大分支，其换气过程各有自己的特色。
在柴油机的探索讨论中，对“二冲程柴油机和四冲程柴油机都具有换气重叠角”的换气过程进行剖析、对比，弄清楚不同柴油机的换气机理，达到正确认识柴油机的换气重叠角。
柴油机的一个工作循环中，压缩、爆炸、膨胀过程是在柴油机内部全封闭的状态下进行的，二冲程柴油机和四冲程柴油机的工作环境和工作条件完全相同。而柴油机的进气和排气过程是柴油机的内部与外界进行交换的过程，不同类型的柴油机对换气的过程不同。二冲程柴油机的换气过程都是在气缸的下部，通过气口的打开和关闭进行的，或者是通过气缸的下部气口的开、闭和气缸上部的气阀开、关配合进行的；而四冲程柴油机的换气过程都是在气缸的上部，通过气阀的打开和关闭进行的。地点和环境不同，引出了不同的换气概念和机理。
一、二冲程柴油机的换气分为气口结构和气口、气阀结构两种形式
在气口结构形式中：活塞膨胀作功下行通过排气口，排气开始，此时气缸内的废气压力较高。废气会自动从排气口排出；活塞继续下行通过扫气口，扫气开始，扫气箱里具有一定压力的新鲜空气进入气缸，废气仍在排出；活塞下行到下止点，再上行，活塞通过扫气口，扫气口关闭，新鲜空气停止进入气缸内；活塞再上行，活塞通过排气口，排气关闭，气缸不再向外排气。二冲程柴油机的排气和扫气过程结束，这个过程是以下止点为参照点的，如图1所示。
在气口、气阀结构形式中：活塞膨胀作功下行到曲柄某一转角时，气缸上部的排气阀打开，具有一定压力的废气，自动从排气阀排出。活塞继续下行通过扫气口，扫气开始，扫气箱里具有压力的新鲜空气进入气缸，同时新鲜空气向上将废气挤出；活塞通过下止点，活塞向上行，再经过扫气口，扫气过程结束，扫气箱里具有压力的新鲜空气就无法再进入气缸。如图2所示。
在图2里，扫气过程以下止点为参照点，气缸下部的扫气开启与扫气关闭对称于下止点，但气缸上部的排气阀，由传动机构控制，因此气缸下部的扫气口与气缸上部的排气阀在关闭时间上会存在三种状态。在图2里反映了三种状态：（a）图所示：排气阀关闭时间早于扫气口关闭时间为过后充气阶段，使气缸内能进入更多有新鲜空气。（b）如图所示：排气阀关闭时间与扫气口关闭时间在同上时刻为换气过程最早结束，进入压缩过程。（c）图所示：排气阀关闭时间晚于扫气口关闭时间为过后排气，使气缸内的新鲜空气也会排出，所以要求过后排气阶段越短越好。
从图1中能看出，二冲程柴油机的换气过程均与下止点有关：气口式结构的排气、扫气过程均对称下止点；从图2中能看出，扫气过程仍对称下止点，但排气过程出现的三种不同形式反映出：有不对称下止点的过后充气阶段、最先进入压缩阶段和过后排气阶段的三种不同状态。
二冲程柴油机的换气质量优劣取决于以下三个方面的因素：
1、扫排气重叠角的大小。2、气口开启延续的时间。3、气口的流通面积的大小。
从图1里引进了“时面值”这个概念，时面值定义是：扫气曲线与横坐标之间围成的面积。“时面值”越大，气口对气体的流阻小，有利于扫排气的进行；
从图2里引进了“角面值”这个概念，角面值定义是：流通面积f与时间t所围成的面积。
“角面值”是不随柴油机的转速变化的，而“时面值”会随柴油机的转速相应变化的。
二、四冲程柴油机的换气是气阀结构形式
四冲程柴油机的换气是在气缸的上部进行的，进气阀开启是在上止点前、进气阀关闭是在下止点后；而排气阀是在下止点前开启，排气阀是在上止点后关闭。如图3如示。
1-2是进气过程、5-6是排气过程、ф1—进气提前角、ф2—进气滞后角、ф3-排气提前角、ф4—排气滞后角、ф1+ф4=气阀重叠角。
柴油机上止点附近，排气阀关闭前、进气阀开始后，在这个阶段的曲柄转角里，排气、进气同时存在。这个现象的特点是：进气气道、燃烧室、排气气道同时贯通，形成一个气流的大通道。在这个大通道的环境下，新鲜空气进入得更快，废气排出更惕，能较好地冷却燃烧室的受热元件。就是因为有这多的利好，所以对这个大通道的存在起了个名称，叫“四冲程柴油机气阀重叠角”，定义为：在上止点附近一段曲柄转角内，排气阀和进气阀同时打开的角度。
四冲程柴油机的换气质量优劣取决于以下二个指标：
1、残余废气系数。2、充气系数。
残余废气系数定义是：换气结束后留在气缸内的残余废气量与换气结束后留在气缸内的新鲜空气量之比值。残余废气系数越小，说明燃烧室扫气过程越彻底，废气清除得越干净。在技术方面采用改善气道形状，加大进、排气阀重叠角等方法。
充气系数定义是：换气结束后留在气缸内的新鲜空气量与进气口环境条件下充满气缸工作容积的理论新鲜空气量之比值。大多情况下换气结束后留在气缸内的新鲜空气量小于进气口环境条件下充满气缸工作容积的理论新鲜空气量，因而充气系数小于1。
四冲程柴油机的充气系数大于二冲程柴油机；四冲程柴油机中增压柴油机的充气系数大于非增压柴油机；二冲程柴油机的直流扫气充气系数最大。
三、对重叠角的认识
1、二冲程柴油机的换气重叠角称为扫、排气重叠角。这个角的工作过程发生在气缸下部、是以下止点为参照点展开研究和讨论气口或气口与气阀的变化情况的；重点认识“时面值”和“角面值”。
2、四冲程柴油机的换气重叠角称为进、排气重叠角，并且定义为“气阀重叠角”。这个角的工作过程发生在气缸上部、以上止点为参照点展开研究和讨论气阀的变化情况的。重点认识“残余废气系数”和“充气系数”。
3、对比
二冲程柴油机虽然扫气口和排气口同时开启，曲柄的转角是在下止点附近，并且有气口式或气口气阀式两种不同情况，所以没有换气重叠角的定义。
四冲程柴油机的换气重叠角，指定曲柄转角是在上止点附近，使换气过程起到很好的作用，所以四冲程柴油机的换气重叠角给出了气阀重叠角的定义。因此，柴油机换气过程的气阀重叠角是专指四冲程柴油机的。